奇點
——循環宇宙的邏輯起點

李青燕

(福建師范大學公共管理學院,福建福州 350007）

奇點
——循環宇宙的邏輯起點

李青燕

(福建師范大學公共管理學院,福建福州 350007）

文章從宇宙大爆炸的起點疑難出發，依據宇宙觀測的新證據，論述了宇宙在時間上既無起點也沒有終點.從最小的物質構成到最大的宇宙形成兩個方面說明宇宙自然的邏輯前提，認為在可理解宇宙的概念下，大爆炸是循環宇宙的邏輯起點.

奇點 邏輯在先 循環宇宙 可理解宇宙

1 宇宙大爆炸的由來及其疑難

1.1 宇宙大爆炸的由來

1917年，愛因斯坦(Albert·Einstein)在廣義相對論中用引力研究宇宙時，發現宇宙時空不是平坦的，而是彎曲的，引力越大，曲率越大，在曲率無限大時，時空為零，這就是所謂宇宙奇點.這樣，宇宙應該是從奇點膨脹起來的.愛因斯坦以為自己的理論有紕漏，便在他的方程中加一項常數，使宇宙保持靜態[1].

1922年，蘇聯物理學家和數學家亞歷山大·弗里德曼（Alexander Friedman)卻根據廣義相對論的原本內容，提出了膨脹宇宙的預言.

1929年，哈勃(Hubble)發現宇宙在不斷膨脹，證實了弗里德曼的預言.

1931年，比利時物理學家喬治·勒梅特(Georges Henri Joseph Eduard Lenautre)提出，宇宙開始于一個“原始原子”.

1946年，前蘇聯物理學家喬治·伽莫夫(George Gamow)進一步提出，宇宙是由物質密度無限大、溫度無限高的火球——“宇宙蛋”迅速膨脹起來的.

1964年，彭若斯(R·Penrose)初步證明了一個奇性定理，該定理是說真實的物理時空一定至少存在一個奇點.史蒂芬·霍金（Stephen William HawK－ing認為:“彭羅斯理論適合于整個宇宙;而且，如果將時間反演，宇宙是從奇點開始.”

1970年，他們共同論證，宇宙過去必須有一個大爆炸奇點.

1981年，古斯(A·Guth)提出宇宙極早期暴漲的思想.

1998年，Ia超新星爆發的觀測研究發現宇宙正在加速(而非減速)膨脹.

據此，“正確的物理概念和圖像應當是宇宙時空處處都在膨脹，在足夠大的尺度上各處都是一樣的，并沒有任何一處是特殊的宇宙或爆炸中心;在非常大尺度上，宇宙時空中的物質分布是均勻的和各向同性的.“這一根本假設就是通常所謂的宇宙學原理，它原本帶有相當程度的哲學意味，現在已經為若干重要觀測事實所支持.”[2]

1.2 大爆炸的疑難

那么，這種宇宙起源于奇點的說法有什么問題呢?宇宙的奧妙遠遠不是人類所能完全理解的，因此達不到推演法的第一個要求;而推演法的第二個要求，即得出的理論要正確而普適于宇宙.即便是在廣義相對論已經是目前我們所已知的最好的引力理論的條件下,也不可能完全達到.即使霍金提出了有界無邊的宇宙模型，但是在奇點處，一切科學定律都失效了，連時空概念本身也失效了.這些發現對于科學來說無疑是一場災難.

1981年，宇宙學家納里卡 (Jayant Narlikar)以《果真有過大爆炸嗎》為題提出，大爆炸宇宙學不是大尺度宇宙的唯一模型，“奇點”的物理意義就是一次創造世界的行為.他認為，宇宙“奇點”就是“整個宇宙的體積為零，事實上現在是說，在零時刻的一次巨大爆炸中，整個宇宙突然出現了.但是，這個大爆炸是怎樣發生的?為什么這個時刻發生?在這以前又怎樣?在以前物質存在嗎?還是物質產生于這次大爆炸?如果是后者，那么物質是怎樣在明顯違背能量守恒定律的情況下產生出來”.[3]宇宙從無中創生的問題使得科學家們不得不從相對論的困惑中求助于量子力學.然而霍金指出:“今天，科學家按照兩個基本的部分理論——廣義相對論和量子力學來描述宇宙.可惜的是，這兩個理論不是互相協調的，它們不可能都對.當代物理學一個主要的努力，即是尋求一個能將其合并在一起的理論.我們還沒有這樣的新理論，要獲得這個理論，我們可能還有相當長的路要走.”[4]

2 邏輯起點的定義及其對宇宙大爆炸的適用性

綜合宇宙大爆炸的疑難，實際就是利用宇宙學已有成果，避其矛盾之處;本文認為大爆炸奇點既不是宇宙的起點也非終點，而只是宇宙不同階段的“過渡”.這個循環過程如下:奇點——白洞(大爆炸)——星系的演變——黑洞——奇點.在認識論上，奇點只是宇宙大爆炸的邏輯起點.

2.1 邏輯在先與時間在先

正如黑格爾所說:“自然在時間上是最先的東西.”[5]從感性意識來看，“自然才是第一性的東西，直接的和存在的東西.”[5]因此，從邏輯上來說，“絕對的東西卻是理念;這種絕對的東西是終極的東西，真正的開端.”我們必須要把“邏輯在先”與“時間在先”兩個概念嚴格區別開來.作為一個體系，這一點是很重要的，從絕對理念出發最后復歸于絕對理念，這個絕對理念既是一個終點，同時又是一個起點，整個黑格爾哲學就是一個圓圈.胡塞爾（E· Edmund Husserl)也認為:“認識并不僅僅是完全依靠順序相續產生的，它們在邏輯關系中相伴出現，它們相互產生于對方，它們相互”肯定“，相互證明，仿佛在相互加強它們的邏輯力量.”[6]上述講的循環宇宙便是一種“否定之否定”的體系，而在奇點上，“時間在先”毫無意義，自然在時間上不能再往前追溯了，這一點在下一節將會得到闡明.

2.2 宇宙循環理論簡介

普林斯頓大學天文學教授保羅·斯坦哈特(Paul Steinhardt)與劍橋大學教授尼爾·圖羅克(Neil Turok)共同提出了新的觀點.他們指出，宇宙是處于不斷循環的過程中.如今的宇宙是在上個宇宙的塵埃中誕生.“大爆炸并非空間和時間的起點，而只是宇宙的兩個不同階段中間的過渡.當宇宙從膨脹轉為收縮，星云將轉而向宇宙中心移動.運動速度因萬有引力而增加，溫度將升高.宇宙中的萬物因而將逐一消滅.先是人類，然后是地球，原子以至基本粒子，所有質量都將轉化成輻射.頻率增高，溫度達到高限.此時另一次大爆炸爆發，宇宙則完成了一個循環.”[7]科學家介紹說:“他們的這一新理論的框架來自于弦論.弦論的基本內容是，宇宙物質已知是由各種極小粒子組成，但因為人類受到物理實驗精度的限制，實際上并無法測定出這些粒子是否真的是無限小的點.科學家假設這些粒子是極小的弦，然后據此描述基本物理定律.弦論能解釋其他基本理論無法解釋的物理現象，被認為具有廣闊的發展前景.”[8]按照粒子物理學的新成就在宇宙學上的應用:“在大爆炸時，能量是高限，時間是低限，也就Planck時間.當能量降低，宇宙的壽命將逐漸增長.當能量趨近于低限時，宇宙達到壽命的中點.而后宇宙由膨脹轉為收縮，宇宙將持續下半生直到另一次大爆炸爆發，從而完成一個整循環.”[9]這是作為整體的宇宙的循環這不僅僅是一個重復上一段歷史的循環，而是開啟了一段全新的歷史.我們面對著的整個自然界形成一個體系，即各種物體相互聯系的總體”，恩格斯在《自然辯證法導言》中這樣抽象概括了宇宙整體以后指出:“無限時間內宇宙的永遠重復的連續更替，不過是無限空間內無數宇宙間同時并存的邏輯的補充.”[10]

2.3 大爆炸是循環宇宙的邏輯起點

霍金說:“宇宙具有多重歷史，每一個歷史都是由微小的硬果確定的.”[11]其實這也充分表明了宇宙演化的非線性特征.由于宇宙系統本身的非線性作用始終存在，宇宙會有許多可能的狀態，即所謂宇宙多重歷史的存在.根據不確定性原理，宇宙在極早期階段出現的細微的差別，可能導致不同的宇宙演化史.每一重宇宙史都必然有一個起點，這個起點不定是時間在先，因為在那一點上時間是否存在還是一個懸而未決的問題.在這一意義上，我贊同奧古斯丁(Augustine)的觀點:“世界不是在一定時間中產生的，而是隨著時間的產生而同時產生的，在世界存在之前并沒有時間存在.”[12]

如果我們能夠從最小的物質構成到最大的宇宙形成兩個方面說明宇宙自然的邏輯前提，自然也就說明了居于二者之間所有事物存在的邏輯前提.這可能需要從宇宙早期的暴漲才能更好地說明.而據宇宙觀測已得到了如下重要結果:

(1)我們宇宙的總Ω值標記為Ωtot滿足0.98≤Ωtot≤1.08，這表明我們生活在一個具有臨界密度的宇宙中;

(2)在宇宙年齡為1 min時，大爆炸核子生成所產生的原始氘素的觀測值和宇宙微波背景輻射表明宇宙能量密度的重子貢獻ΩB＝(0.024±0.0012)h-2.各種獨立觀測所得的h值范圍為h＝0.72±0.07，所以ΩB≈0.04～0.06.這些觀測計算了所有的重子.結合到先前的討論，可以得到結論，我們宇宙的絕大多數能量是非重子的;

(3)包括星系旋轉曲線、星系團質量估計、引力透鏡和星系巡天研究在內的一系列觀測都指出，宇宙中存在不發光的物質分量——暗物質(DM)，它們很可能是大質量弱相互作用粒子 (WIMPs).這一分量的貢獻ΩDM≈0.45;

這一些結果都說明，從最小的物質，到可觀測到的最大宇宙，均有一個存在的邏輯前提，它們可能作為宇宙暴漲產生的“副產品”，它還產生了演化為恒星、星系和星系團以及宇宙中的其他結構的種子.這個前提只能是大爆炸的奇點.之所以不是先后的時間順序，“是在該點上“普朗克時”不能往前再進行追溯(亦即大爆炸后的10～43 s)從科學的觀點看，尋找這種問題的答案選得毫無意義.正如經常使用它們時的，盡管“之前”、“先前”或者“先行的”被認為是一種定義相當準確的時間用語，但是與此形成鮮明的對照的是，一旦涉及前述的t＝0前發生過什么事情的問題，這些語詞就變得含糊不清了.事實上這是一個虛假的文圖:它理應被擱置在一旁而不應該被用來啟發人們去尋求答案.”[13]

3 結論及展望

我們的宇宙可以具有“奇點”，但這個“奇點”是我們未知的過去的宇宙的終點.我們的宇宙同樣有一個創生和消滅的過程.從哲學角度理解，它既不是唯一也不是永恒，而是無限演化著的宇宙的一個鏈條和環節.但是，奇點是不能經驗到的，只能恰當運用人類的理性得到.只有本質直觀的抽象才能產生“普遍有效的性質的確定性”，而“直觀和對自身被給予之物的把握就是最后的根據，這是絕對的自明性”[14]正如愛因斯坦斷言的:各種概念“都是思維的自由創造”，它們不能從感覺經驗中歸納地得到”這里有一條“邏輯上不能逾越的鴻溝”.[15]

我所理解的“宇宙”一詞并非是一個實體，一個具有先于宇宙論模型所賦予的概念特性而存在的結構的實體.米爾頓（K.Munitz)總結說:“作為一個整體的宇宙的概念之隨著宇宙論模型本身的建構而產生.描述宇宙作為一個整體的可理解的宇宙是人類理性的一個創造，是創造性的想象、語言和思想的一種產物.宇宙作為一個整體的概念和描述其特性的可理解的結構構成了一個組織模式，用來解釋觀測資料，并對遠在可觀測領域之外的四維時空做出判斷和推論，不惜實現假定在所有的探究之前(t＝0)就有一個物體、實體、或總體，具有一組特性和結構.”[13]高明的研究者通過建構、試驗、和對參加的宇宙論模型的評估才實現了對現行宇宙觀的超越.因此，可理解的宇宙的概念，其歷史是與技術、社會結構以及人類不同文化時期的思維模式的重大變化相適應，未來的人類對宇宙肯定會超越現行的宇宙觀.

[1]中國自然辯證法研究會天文學專業組編.天文學和哲學[M].北京:中國社會科學出版社,1984.

[2]Peebles P JE.Principles of Physical Cosmology[M].Princeton N J:Princeton University Press，1993:7.

[3]納里卡.果真有過大爆炸嗎[J],自然雜志,1982(5):336.

[4]史蒂芬·霍金.時間簡史[M].長沙:湖南科學技術出版社，2005.

[5]黑格爾.自然哲學[M].梁志學譯.北京:商務印書館，1980.

[6]胡塞爾.現象學的觀念[M].倪梁康譯.上海:上海譯文出版社，1986.

[7]Barrow JD.Eternity is Unstable[J].Nature,1978,276:453-459.

[8]Page D N.Matter Annihilation in the late Universe[J].Physical Review(D)，1981,24:1458-1469.

[9]何國柱.理量的極限原理和循環宇宙[J].中國科學G卷:物理學、力學、天文學，2007，37(6):758.

[10]恩格斯.自然辯證法[M].北京：人民出版社，1971:23.

[11]史蒂芬·霍金.果殼中的宇宙[M].吳忠超譯.長沙:湖南科學技術出版社，2002:67.

[12]奧古斯丁.懺悔錄卷十一[M].周士良譯.北京:商務印書館，1981:239.

[13]米爾頓·穆尼茨.理解宇宙——宇宙哲學與科學[M].徐式谷譯.北京:中國對外翻譯出版公司，1997.

[14]愛因斯坦.愛因斯坦文集:第3卷[M].許良英，趙中立譯.北京:商務印書館，1979.

[15]愛因斯坦.愛因斯坦文集:第1卷[M].許良英，李寶恒譯.北京:商務印書館,1976.

Big Bang,a Logical Starting Point for Cycle Universe

LIQing-yan
(Institute of Public Administration,Fujian Normal University,Fuzhou Fujian,350007)

This paper,for the starting point of the Big Bang from a difficult start,by observing the universe based on new evidence,discusses at the time the universe has neither beginning nor end.Consist ofmaterial from the smallest to the largest two aspects of the universe was formed in the logic of the premise of the natural universe.We believe that under the concept of the intelligible universe,big bang,the universe is a logical starting point for cycle.

singular point;logical priority;cycle universe;the concept of fhe intelligible universe

P159.3

A

〔編輯 李海〕

1674－0874（2010）02－0093－04

2010-01-06

李青燕（1982-），男，廈門海滄人,碩士，研究方向:宇宙學史和宇宙哲學.